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Nutrienti e geni: un dialogo alla base della nostra salute

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Il dialogo tra nutrienti e geni è alla base della nostra salute. Le modificazioni epigenetiche diventano talvolta trasmissibili anche modifiche del DNA: I nutrienti sono potenti modulatori della regolazione genica oltre che del metabolismo. E' ora di abbandonare arcaiche visioni centrate sul conteggio delle calorie

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Nutrienti e geni: un dialogo alla base della nostra salute

  1. 1. Nutrienti e geni: un dialogo alla base della nostra salute Dr. M. Salamone, Biologo, Resp. Scientifico Metagenics Italia srl.
  2. 2. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  3. 3. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  4. 4. Sistemi biologici e aspetti eziofisiopatologici Biologia dei sistemi
  5. 5. IL RUOLO DEI NUTRIENTI: • FONTE ENERGETICA (Potere calorico) • FONTE DI MACRO e MICRONUTRIENTI (Per la rigenerazione tissutale) • AZIONE REGOLATORIA SUL METABOLISMO e OMEOSTASI SISTEMICA • AZIONE EPIGENETICA (Sull’espressione dei geni) Io so contare le calorie..
  6. 6. Cosa regola questa incredibile complessità?
  7. 7. Genomica nutrizionale Dna Rna Proteine (enzimi) Metaboliti Nutrienti e sostanze bioattive Sequencing – Trascrittomica – Proteomica - Metabolomica
  8. 8. Dna Rna Proteine (enzimi) Metaboliti Chi accende e spegne i nostri geni? Nutrienti e sostanze bioattive Farmaci Inquinanti ambientali Ambiente e tempo (cronobiologia)
  9. 9. La disponibilità energetica cellulare gioca un ruolo chiave nei sistemi biologici sostenendo: - Sintesi proteica -Riparazione di DNA-RNA - Manutenzione dell’apparato trascrizionale - Bilanciamento e controllo dello Stress Ossidativo - Leucina e AA ramificati - Arginina - Inositolo - Creatina - Ribosio - CoQ10 - Micronutrienti (Vitamine minerali)
  10. 10. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  11. 11. Salute come stato di equilibrio tra i pricipali sistemi funzionali dell’organismo Ecosistema intestinale Sistema immunitario Infiammazione Funzione detossicante epatica Gestione dello stress ossidativo Identità personale e attività psichica Produzione di energia cellulare e meccanismi di riparazione del materiale genetico
  12. 12. I sistemi omeostatici si influenzano a vicenda in maniera rilevante Ecosistema intestinale Sistema immunitario Infiammazione Funzione detossicante epatica Gestione dello stress ossidativo Identità personale e attività psichica Produzione di energia cellulare e meccanismi di riparazione del materiale genetico
  13. 13. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  14. 14. Il microbioma intestinale contiene oltre mille specie (1014 cellule) di batteri + virus e funghi. Le cellule di batteri presenti nel nostro intestino sono 1000 volte piu’ numerose delle cellule umane dell’intero organismo Siamo uomini o batteri ?
  15. 15.  Un secondo genoma « acquisito »  Una simbiosi straordinaria Il nostro microbiota 3,5 MILIONI DI GENI CODIFICANTI Genoma dinamico
  16. 16. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  17. 17. SENSORE LIPIDICO LIPIDE ALIMENTARE ESPRESSIONE GENICA Regolazione dell’espressione genica da parte di segnali ambientali come i nutrienti
  18. 18. Ornish et al Pnas 2008 Effetto di una dieta ipocalorica ed esercizio fisico sui parametri metabolici e sull’espressione genica in pazienti affetti da tumore prostatico
  19. 19. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  20. 20. La superfamiglia dei recettori nucleari
  21. 21. I rapporti con «l’esterno» e il ruolo delle barriere: Intestino Cute
  22. 22. Stratificazione e livelli funzionali delle barriere
  23. 23. • Una ridotta presenza di glutammina aumenta la permeabilità • Una riduzione della glutammina nell’IBS si associa con aumentata permeabilità • Una integrazione con glutammina può essere utile nella Leaky gut syndrome e nell’IBS Modulazione della permeabilità intestinale da parte della glutammina
  24. 24. Prof. Nicola Sponsiello Dott. Stefano Belgeri Dott. Roberto Conte Dott. Daniele Carandini Dott. Maurizio Salamone
  25. 25. NUTRIMONIUM % CONTROLS % RACE % RECEIVED FORMS 47 140 705 DROPOUTS 24 51,1% 52 37,1% 322 46,2% DROPOUTS FOR GI PROBLEMS 1 4,2% 6 11,5% 0,0% 3 TIMES (in %) MORE DROPOUTS FOR GI PROBLEMs IN CONTROL GROUP COMPARED TO Nutrimonium group
  26. 26. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio: Vit. D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  27. 27. Ruolo epigenetico dei nutrienti: la Vitamina D La vitamina D è un ormone dagli effetti pleiotropici. Essa agisce su oltre 2.100 geni con effetti scheletrici ed extra-scheletrici (1) Vitamin D for Health: A Global Perspective Arash Hossein-nezhad, Michael F. Holick Mayo Clinic proceedings
  28. 28. Epigenetica e fenotipo Il fenotipo può subire modificazioni suscettibili di essere trasmesse alla progenie anche senza alterazioni dell’informazione genetica ma in conseguenza di influenze ambientali che producono un diverso pattern di espressione genica
  29. 29. Vitamina D e muscolo I recettori per la vitamina D sono presenti sulle cellule muscolari. La vitamina D è in grado di stimolare la produzione di proteine muscolari e di favorire il trasporto del calcio essenziale nella contrazione muscolare. L’ipovitaminosi D è associata a quadri di miopatia prossimale, sarcopenia e di riduzione della forza muscolare, con disturbi dell’equilibrio e con conseguente aumento del rischio di cadute e quindi di fratture.
  30. 30. Vitamina D e muscolo Livelli adeguati di vitamina D sono importanti per favorire la crescita muscolare, la forza e la massa. Fondamentali nella sintesi proteica muscolare
  31. 31. L-Leucina Leucina Iso-Leucina Valina La L- Leucina è un attivatore metabolico diretto con potente azione sul: - METABOLISMO PROTEICO - METABOLISMO GLUCIDICO
  32. 32. Leucina e sintesi proteica miofibrillare DBPC study
  33. 33. ACIDI GRASSIEICOSANOIDI AC. CoA Isoprenoidi 7-Deidro Colesterolo (vit. D) COLESTEROLO OSSISTEROLI ACIDI BILIARI PPARa LXR FXR VDR Saturi MUFA PUFA PPARg Gli acidi grassi sono potenti segnali epigenetici
  34. 34. Methionine synthaseMetilcobalamina Succinyl CoA Malonyl CoA Isomerization Deoxyadenosylcobalamin Lipids Ligand PPAR/RXR heterodimer CIS retinoic ACID Ligand CO-REPRESSORS CO-ACTIVATORS (2) (1) TGACCT TGACCT AGTT PPRE 2) PPAR/RXR heterodimer 1) DNA sequence to which the activated PPAR binds The whole sequence is called the peroxisome proliferator responsive element (PPRE) PPAR RXR Dato che l’espressione genica dipende dall’attivazione di PPARs e dal loro legame con il DNA il meccanismo co-repressore/co-attivatore deve essere considerato uno dei più potenti sistemi di regolazione Recettori attivati da PPRs e nutrienti con attività modulatoria
  35. 35. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  36. 36. Macronutrienti(Proteine Carboidrati, Grassi, Acqua e fibre) Micronutrienti (Vitamine e minerali) Sostanze bioattive (sostanze di origine vegetale, fungina o batterica con attività biologica) Nutrienti propriamente detti e sostanze bioattive di origine naturale
  37. 37. I Fitati, esempio di antinutriente
  38. 38. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  39. 39. Pianta Curcuma longa L. (turmeric) Alta circa 1 metro con fiori di circa 20 cm. Curcuma longa rizoma Curcuma longa estratto secco di rizoma Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica: la curcumina Curcumina estratto standardizzato titolato in curcuminoridi
  40. 40. Ajaikumar B. et al. Cancer Letters 2008 Curcumin inhibits proliferation, invasion, angiogenesis and metastasis of different cancers through interaction with multiple cell signaling proteins
  41. 41. Ajaikumar B. et al. Cancer Letters 2008 Curcumin inhibits proliferation, invasion, angiogenesis and metastasis of different cancers through interaction with multiple cell signaling proteins
  42. 42. Curcumina vegetale Rizoma di curcuma Curcumina estratto(1) Fitosoma (1) Oli (1) Ciclodestrina(1) Solubilizzante (2) X 1,3 - 7X 7,9 X 45,9 X 185 X 7,3 • (1) Jäger et al, Nutrition Journal 2014, 13:11, comparative absorption of curcumin formulations. • (2) Schiborr et al, Mol. Nutr. Food Res. 2014, 58, 516-527. Effetto di diverse tecnologie sulla biodisponibilità della curcumina
  43. 43. Tra intestino e salute generale c’è di mezzo il fegato
  44. 44. Approccio nutraceutico integrativo per la salute del fegato Attivatori metabolici e modulatori insulinici (Cr, Zn, BCAA (leucina), Proteine siero, Vit. B) Possono ridurre la steatosi in pazienti con insulino-resistenza e contrastare sindrome metabolica Ipolipemizzanti (Omega 3, monacolina) Possono contribuire a ridurre la steatosi Approccio metabolico (reversibilità della steatosi) Approccio «citoprotettivo» (contro lo stress ossidativo che determina morte cellulare) Vit.E, EGCG, Ac. Ellagico, Nac, Glutatione, Ac Lipoico Antiossidanti Dieta, esercizio fisico Silimarina, Curcumina Previene lo stress ossidativo e riduce l’attivazione delle cellule stellate epatiche: riduzione della fibrosi Approccio «portale» asse «intestino-fegato» e leaky gut syndrome Probiotici Prebiotici (Fos, Inulina, butirrato) GlutamminaDieta ed esercizio fisico Carciofo, Crescione Azione coleretica e colagoga Vitamine e minerali Modulatori infiammazione (Curcuma, EPA, DHA, Boswellia) Contro - inflamaging Zn, Cu, Se, Nac Cofattori enzimi Fase I e II Colina, L-Treonina NaSO4 Elementi di coniugazione
  45. 45. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  46. 46. Vit. B9 e omocisteinemia Gene MTHFR 677C = Attivo al 100% 677T = Attivo al ᷉35% 20 % Italiani TT 20% Italiani con attivita MTHFRr ridotta fino al 65% • RISCHIO AUMENTATO PER IPEROMOCISTEINEMIA • RISCHIO TOSSICITA’ DA ECCESSO DI ACIDO FOLICO • RISCHIO AUMENTATO DI CARENZE NUTRIZIONALI
  47. 47. Nutrigenomica e altri SNP’s legati al metabolismo dei folati BHMT G742A (rs3733890), MCP1 A251G (rs1024611), MTHFR C677T (rs1801133), MTHFR A1298C (rs1801131), MTR A2756G (rs1805087), MTRR A66G (rs18013940), SHMT C1420T (rs1979277), TCN2 C777G (rs1801198) CBS 844 inserzione 68 DHFR delezione introne 1 19-base
  48. 48. CH3 CH3 La metilazione del DNA nelle isole CpG blocca la trascrizione del DNA
  49. 49. Alimenti che favoriscono la metilazione Nutriente Alimento Metionina Semi di sesamo, noci del Brasile, pesce, peperoni, spinaci Folati Ortaggi a foglia, semi di girasole, lievito di birra, fegato Vitamina B12 Carne, fegato, crostacei, latte Vitamina B6 Carni, prodotti di cereali integrali, verdure, frutta a guscio Colina Tuorli d'uovo, fegato, soia, manzo, pollo, vitello e tacchino Betaina Grano, spinaci, frutti di mare, e barbabietole da zucchero
  50. 50. Forme sintetiche Forme attive Acido folico VIT. B9 5 Metil tetraidrofolato Non attivo (provitamina) Attivo Problemi con polimorfismo 5MTHFR Adatto a chiunque Non passa barriera ematoencefalica e placentare Passa la barriera ematoencefalica e placentare. Cianocobalamina VIT B12 Metilcobalamin Non presente negli organismi viventi Forma fisiologica Deve essere attivata Forma attiva Attività ridotta dalla cottura e alta temperatura Molto stabile, resiste 100°C fper 20 minuti Hcl Piridossina Vit. B6 Piridossal fosfato Rischi di tossicità per introiti eccessivi Mai tossica anche ad alti dosaggi Riboflavina Vit. B2 Riboflavina 5' fostato Deve essere attivata Attivo Ridotto assorbimento nei problemi intestinali Facilmente assorbito
  51. 51. 1) Una riflessione sui sistemi biologici 2) L’essere umano come ecosistema 3) Geni umani e geni alieni 4) Geni che si accendono e che si spengono 5) I geni in continuo «ascolto» dei segnali ambientali 6) I nutrienti mandano forti segnali al nostro patrimonio genetico - Esempio vitamina D - Esempio Leucina 7) Concetto di sostanze bioattive 8) Le sostanze bioattive influenzano l’espressione genica - Esempio della curcumina 9) L’era della nutrigenomica e delle scienze «omiche» - Esempio Vit B9 - 5Mthfr -metilazione 10) Come usare queste conoscenze per esprimere al meglio il nostro potenziale genetico (take home message) Sommario
  52. 52. L’espressione del potenziale genetico individuale e quindi anche lo stato di salute dipendono dalle predisposizioni genetiche ma soprattutto dallo STILE DI VITA Ambiente Professione Nutrizione Attività fisica Intossicanti Potenziale genetico
  53. 53. Obiettivi nutrizionali e di integrazione nello sportivo • Sostenere l’immunità • Modulare i processi infiammatori • Sostenere il rimodellamento dell’apparato muscolo scheletrico • Prevenire infortuni • Favorire il recupero post allenamento e post infortunio • Favorire il rilassamento, la gestione dello stress e modulare la produzione di serotonina e melatonina per l’umore ed il riposo • Supportare il fegato nella sua attività anabolica e detossicante • Sostenere l’equilibrio dell’ecosistema intestinale e modulare la permeabilità intestinale

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